【摘要】：在评估山地生态系统对气候变化响应的过程中,作为气温要素的重要输入参数,气温直减率(γ)的精确性直接影响到相关科研工作的真实性和可靠性。本文基于11个分布于秦岭主峰太白山(3771.2 m)南北坡和不同海拔梯度的标准气象站点2013～2015年的实测每日平均气温资料、1959～2015年秦岭山地32个气象站点每月平均气温数据和25 m*25m空间分辨率的DEM,研究了秦岭太白山气温直减率的时空变化规律,并针对Landsat 8影像运用辐射方程传输法进行瞬时地表温度场的反演,利用窗口差分法推导秦岭太白山气温直减率场,通过GIS空间分析技术定性和定量地探究了太白山气温直减率的空间分布特征和影响因素。在各月γ的基础上,获取了秦岭山地近57年来的气温栅格数据集,并揭示了气候变暖背景下秦岭地区气温的时空变化特征,为该地区生态系统的响应研究奠定基础。研究获得如下结果和进展:(1)2013～2015年秦岭太白山年均γ北坡均大于南坡,年均γ北坡随海拔变化表现出一定的差异性,而南坡相对稳定。秦岭太白山气温随海拔上升呈极显著下降趋势,且三年年均γ波动很小。2013、2014和 2015 年南、北坡年均γ分别为 0.508℃/100 m 和 0.522℃/100 m、0.502℃/100 m 和0.515℃/100 m、0.487℃/100m和0.501℃/100m。三年北坡γ平均为0.513℃/100 m,南坡 γ 为 0.499℃/100m。年均北坡γ随海拔变化表现出一定的差异性,在较低海拔区(≤2000 m)和山顶高海拔区(≥3000m)γ偏高,中部海拔区(2000～3300 m)γ偏低,而南坡较为稳定。(2)在季、月时间尺度上γ均存在明显差异,且南、北坡变化趋势不一致。在季尺度上,γmax出现在南、北坡的时间不一,北坡出现在夏季,为0.619 ℃/100 m,而南坡出现在春季,为0.546℃/100m;而γmin均为冬季,南北坡分别为0.449℃/100m和0.390℃/100m。各季节γ在南、北坡亦有差异,在春季和夏季,北坡γ均大于南坡,而冬季相反,北坡小于南坡,秋季几乎无差异。在月尺度上,南、北坡γ有较大的差异,北坡变化幅度大于南坡;月均温相对高的月份(5～9月)γ较高,且北坡大于南坡,而月均温相对低的月份(11～12、1～2月)γ较小,且北坡γ小于南坡。(3)所获得的γ较为客观地反映了太白山气温随海拔变化的规律性,是定量研究秦岭山地气候变化及其生态系统响应等的基础理论资料。对所得γ进行一致性分析表明,连续三年平均γ无显著差异,将2013、2014和2015年各时间尺度上的γ进行均值化处理,可更准确地表征秦岭太白山各时间尺度上气温直减率的实际状态。根据样本数据的差异性检验可知,2013～2015年属于全球气候变化下的正常气候。所选两站点连续三年内月均温变化趋势与57 a来1～12月平均气温变化趋势亦表现出很高的一致性。因此由太白山11个气象站点的气温数据所得的γ符合近60a来气候变化下的气温随海拔变化的普遍规律。此外,基于本文各月γ,通过O-Kriging法模拟山地气温场,经实测数据检验可知,平均误差仅为0.56℃,且绝大多数误差在1℃以内,说明了本文γ在整个秦岭山地范围具有普遍适用性。(4)秦岭太白山γ在山脊和山谷附近表现出高直减率条带,且随坡向(阳坡-半阴阳坡-阴坡)逐渐变大。采用辐射传输方程法针对Landsat 8 TIRS反演的地表温度在一定程度上反映了气温的现实分布格局。秦岭太白山γ的空间分布与山体、沟谷走向大体一致,在山脊、山谷及北坡低海拔处表现出较高值,而中海拔区γ相对较低。高、中、低海拔区γ分别为0.913℃/100m、0.471℃/100m、0.755℃/100m。坡向对γ分布的影响表现为从阳坡至阴坡逐渐增大,阳坡、半阴阳坡、阴坡依次为0.515℃/100m、0.541℃C/100m、0.617℃/100 m。(5)近57年来秦岭山地年均温占92.1%的像元表现出显著上升趋势,春、冬季气温的上升贡献最大,且在空间上存在极显著的增温中心。近57年来秦岭山地平均气温为10.49℃,南坡高于北坡。在年尺度上,秦岭山地年均温增长率为0.186℃/10a,北坡气温倾向率(0.217℃/10a)高于南坡(0.178℃/10 a),且北坡气温突变年份(1994年)早于南坡(1997年);全区域有92.1%的像元达显著性增温水平(P≤0.05),并在太白山及陕南商洛市的镇安和柞水一带表现出极显著的增温中心。春季和冬季增温最明显,分别占97.1%和96.1%达到显著性水平,春季南北坡气温倾向率分别为 0.253 ℃/10a 和 0.352℃/10a,冬季分别为 0.317℃/10a 和 0.302℃/10 a,秋季亦占全区域的69.6%达到显著性增温水平,而夏季仅占29.8%。在月尺度上,1～4月和9月南、北坡气温均呈显著上升趋势,而5～8月份增温趋势不显著。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P423
【参考文献】
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